Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Решения возобновляемой энергетики - Превышая ваши ожидания
enuaru

Економіка енергонезалежності

Главная » Блог » Экономика энергонезависимости

Экономика энергонезависимости - «Cделай сам!»

Идея повсеместного обеспечения энергией из окружающей среды вплоть до полной автономности продолжает будоражить умы социо-футурологов для создания модели гармоничного общества будущего. Однако в последнее время эти идеи воплощаются у нас на глазах благодаря развитию технологий PV-генерации и бурному проникновению ВИЭ в энергетику по всему миру.

В довольно дождливом июне 2017 г. в Германии 9 дней (почти треть месяца!) пришлось глушить АЭС и угольные ТЭС из-за существенного переизбытка выработки энергии на солнечных и ветряных электростанциях (см. рис. 1). Со второй недели июля Германия заглушила часть своих АЭС, снизив производство энергии на ядерных станциях на 26,8%.

За первые 6 месяцев этого года энергетика Германии произвела 7,22 ТВт электричества из ветра и 5,83 ТВт солнечного электричества, включая домашние установки, производящие энергию по "зеленому" тарифу для "общественного сектора".

 

 

Рис. 1. Статистика производства электроэнергии в Германии. Июнь 2017 г. Источник: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE).

 

В этом июне внутренняя провинция Цинхай в Китае, где проживает 5,6 млн. человек, была полностью запитана электроэнергией из ВИЭ в течение недели, большая часть этой мощности была получена на PV-станциях. 

Масштабные перемены происходят прямо сейчас и за океаном. В США, например, впервые в истории, энергия из ВИЭ, превысила производство на АЭС почти на 20%. В отчете Администрации по энергетической  информации США (Energy Information Administration, EIA), показывается, что эта тенденция будет прогрессировать. В марте доля ВИЭ составила 21,6% против 20,34%, полученной на АЭС, в апреле 2017 г. это соотношение равнялось 22,98% / 19,19%.

Огромная часть общей PV-генерации осуществляется на частных малых энергетических установках (МЭУ) мощностью <100 кВт и на домашних PV-станциях (до 30 кВт). По данным агентства IRENA, на начало 2017 г. доля солнечных МЭУ составляла ~ 40%. В июньском отчете EIA с подтвержденной статистикой за апрель 2017 г. приводятся экстраполированные данные роста электрогенерации на малых и домашних частных солнечных установках так, как будто бы отчетный год заканчивается в апреле, см. рис. 2. Экспоненциальный рост генерации на малых PV-энергоустановках стал возможен не только за счет существенного снижению цен на солнечные панели всех типов, но и из-за снижения цен на аккумуляторы и инверторы. Это оборудование позволяет построить полностью энергонезависимое жилье.

 

 

Рис. 2. Экстраполированные данные роста генерации на малых СЭУ (май 2013 – апрель 2014, 15, 16, 17 гг.). По данным: IEA Electric Power report, Release Date: June 23, 2017.

 

«Off-grid» или «On-grid»? Ни то, ни другое.

На фоне быстрого удешевления всех типов систем хранения энергии для PV-установок,  развилось явление, которое было названо «бегство из сети» (grid defection) – желание малых производителей PV-энергии как можно меньше потреблять или вообще отказаться от покупного электричества из внешних сетей и лишь продавать избыток генерации в общую сеть. То есть, вести своего рода «натуральное энергетическое хозяйство». Надо признать, что драйвером такого удешевления стало мощное глобальное развитие электромобилей, в том числе и проектов по «электрозаправкам» на базе локальных «mini-grid» PV-островков.

Аналитическая компания McKinsey Global Institute в июне 2017 г. сообщила о результатах специального исследования об определении точки равновесия цены электроснабжения полностью автономными МЭУ с ценой электроэнергии из общей сети.

Компания McKinsey Global Institute построила, в том числе, обобщенную модель для определения точки безубыточности для разных типов жилья и общественных зданий (одно- и многоэтажных школ, офисных центров, гостиниц), оснащенных PV-установками. Используя как государственные, так и частные источники, в McKinsey получили данные для 6-ти разных местностей с учетом более чем 1000 различных профилей нагрузки, степени «подключенности» зданий к сети, десятков видов батарей (включая Li-ion, свинцово-кислотные, щелочные и прочие), сотен тарифных планов и таблиц цен на электроэнергию. Модель McKinsey также учитывала другие факторы применения солнечных МЭУ для жилья – смягчение пиков дефицита энергии, услуги по стабилизации частоты, изменение или улучшение контроля выработки из ВИЭ в масштабе локальной сети.

Оказалось, что энергоавтономность или максимизация использования солнечной энергии экономически оправдана далеко не для всех зданий. Только 58% зданий с автономным электроснабжением (которые охватывают 71% общего спроса на электроэнергию) могут быть теоретически безубыточны. Причем диапазон оптимальной работы от батарей для самообеспечиваемых зданий составляет не менее 31 кВт·ч и до 170 кВт·ч. И чем больше емкость системы хранения, тем прибыльнее окажется полный переход на ВЭИ.

В компании McKinsey также спрогнозировали, когда с учетом удешевления систем хранения произойдет полное или частичное «бегство из сети». Расчеты с учетом взвешенной стоимости собственной электрогенерации и роста цен на энергию из общей сети, показали, что при нынешних темпах удешевления систем хранения точка безубыточности для «100 % grid defection» (сценарий полного «бегства из сети») наступит уже к 2030 г.

 

 

Рис. 3. Когда произойдет «бегство из сети» – 100% автономность (слева), самообеспечение PV-энергией на 90% (справа). Источник: McKinsey Global Institute, «Battery storage: The next disruptive technology in the power sector», июнь 2017. 

 

При сценарии, когда 90% потребления покрывается собственной генерацией, а 10% приобретается из общей сети («частичное бегство из сети»), точка равновесия наступит уже к 2020-22 г., см. рис. 3.

Согласно аналитическому отчету банка Morgan Stanley, опубликованном в начале июля 2017 г., энергия из ВИЭ станет самым дешевым видом энергии еще раньше – к началу 2020 г. «Точка инфляции» в электрогенерации произойдет уже через 3 года: «Многочисленные ключевые рынки недавно достигли точки перегиба, где ВИЭ уже стали самой дешевой формой новой энергетики». «Эта динамика, которую мы отслеживаем, распространяется практически на все страны, и она «накроет» их к 2020 г.».

 

Плата за энергоавтономность снижается

Текущие цены на Li-ion батареи с 2014 г. снизились на 30%. Европейская энергокомпания Enel, опираясь на данные IRENA (см. рис. 4), прогнозирует падение цен аккумуляторных систем к 2021 году еще на 30%.

 

Рис. 4. Оценка и прогноз цен на Li-ion аккумуляторы разных типов до 2020 г. Источник: International Renewable Energy Agency (IRENA), Battery storage report, 2015.

 

Эта уверенность подкрепляется широкомасштабными бизнес-планами мировых корпораций. Тесла – далеко не единственная компания, делающая аккумуляторы для домашних систем хранения энергии. Компании BYD, Foxconn, LG Chem, Samsung и др. интенсивно инвестируют в производство Li-ion батарей по всему миру. Издание Financial Times сообщает, что полным ходом строится или готовится к строительству еще минимум 13 фабрик, сравнимых с Tesla Gigafactory.

Буквально неделю назад Илон Маск анонсировал, что после выхода на проектную мощность Gigafactory-1 (ориентировочно – в 2020 г.), компания Tesla планирует открыть еще 2 или 3 крупных завода Gigafactory в США, на которых будут выпускать аккумуляторы и электромобили. В конце июня появились новости, что компания Э. Маска заключила соглашение на строительство еще одного производства батарей в Шанхае, Китай.

Чтобы составить конкуренцию Tesla (и выпускать по 2 – 3 млн. электромобилей в год), концерн Volkswagen планирует построить около 40 заводов по выпуску аккумуляторов, подобных Gigafactory-1.

Начало строительства европейских аккумуляторных заводов ожидается через 2 года в Финляндии и Швеции. Samsung обещает построить свою Gigafactory в Венгрии.

Быстрое падение цен на аккумуляторы в Европе и Китае отметили в исследовании аккумуляторных систем хранения, проведенном компанией McKinsey Global Institute. На европейском и китайском рынках цены на аккумуляторные батареи с 2010 по 2016 г. упали примерно на 80% с ~ 1000 $/КВт·ч до ~ 227 $/КВт·ч (см. рис. 5). Ожидается, что к 2020 г. цены аккумуляторных блоков будут в пределах от 100 до 200 $/КВт·ч, а к 2030 г. будут ниже 100 $/КВт·ч.

 

 

Рис. 5. Прогноз цен Li-ion аккумуляторов до 2030 г. (по данным McKinsey Global Institute на основе статистики IHS, Bloomberg New Energy Finance, JATO, National Development and Reform Commission of China).

 

Как избежать последствий «солнечного изоляционизма»?

Свое исследование предпосылок массового «бегства из сети» в McKinsey Global Institute назвали «Аккумуляторы: следующая разрушительная  технология в энергетике», считая что «зеленая» революция, начавшись с удешевления технологий генерации из ВИЭ (например, PV-панелей), на этом не остановится. Ее последствия могут полностью разрушить сложившуюся инфраструктуру энергетики. 

Пока полное отключение от централизованной системы электроснабжения еще экономически невыгодно. Однако 80% – 90% самообеспечение с использованием аккумуляторов с подстраховкой для бесперебойного электроснабжения из общей сети – вполне осязаемая перспектива. При текущих темпах снижения себестоимости «бегство из сети» может «на некоторых рынках иметь смысл раньше, чем кто-либо ожидает», считают в McKinsey.

«Солнечный изоляционизм», особенно частичный, не так уж и безобиден для нынешней энергетики. Помимо генерации мощности на уровне потребления необходимо удерживать стабильную частоту тока во всех ответвлениях сети. Пока системы производства электроэнергии из ВИЭ не могут самостоятельно обеспечить стабильную мощность генерации из-за присущей им суточной и сезонной неравномерности. Ветростанции и СЭУ также очень зависят от перемены погоды. 

Алгоритмы работы современных контроллеров заряда позволяют перераспределить неравномерную (пиковую) генерацию от ветряных и PV-установок на собственное энергообеспечение домохозяйств (см. рис. 6). Это, с одной стороны, может поднять степень самообеспеченности хозяйств на две трети, а с другой – уменьшит неравномерность «сброса» избытка энергии в общую сеть.

 

 

Рис. 6. Оптимизированные системы хранения энергии для СЭУ, работающих по «зеленому тарифу», для увеличения уровня собственного электроснабжения. По данным IRENA и Fraunhofer ISE, Battery storage report, 2015.

 

Оптимизацией собственного потребления PV-энергии можно снять главное противоречие, которое очевидно при спонтанном увеличении числа МЭУ – неравномерность подачи энергии в общую сеть – причем без значительного строительства больших аккумуляторных станций и «быстрых» компенсирующих мощностей национального и регионального значения.

Развитие генерации из ВИЭ требует изменения и обновления инфраструктуры электроснабжения. Нужен пересмотр нынешней политики централизованного электроснабжения и структуры электросетей в пользу обеспечения условий для распределенной электрогенерации из ВИЭ, особенно для PV-станций. Иначе степень автономности и «изоляционизма» нынешних потребителей розничной электроэнергии будет лишь возрастать. В этих условиях потребители, у которых по разным причинам собственная электрогенерация будет экономически не оправдана (а по расчетам McKinsey это 42%), окажутся в затруднительном положении.

«Большим» энергокомпаниям не следует рассматривать локальные системы хранения и увеличение степени автономности потребителей, обладающих МЭУ, как угрозу своим нынешним, часто монопольным, доходам. Комментируя складывающуюся ситуацию, в банке Morgan Stanley рекомендуют направлять средства, сэкономленные за счет собственной генерации, например, в коммунальном секторе, именно на развитие и модернизацию инфраструктуры локальных энергосетей для их большей согласованности с региональными сетями.

Нужно целенаправленно стимулировать доступ малых производителей электроэнергии к энергосетям, в том числе снижая плату за подключение МЭУ, работающих по «зеленому» тарифу. Тогда сработает закон больших чисел – огромное количество мелких производителей электроэнергии смогут сгладить неравномерности и генерации, и потребления.  


Печать

Остались вопросы по назначению наших услуг?
Оставьте нам заявку. Наши специалисты проконсультируют Вас

Тема вашего запроса
Заказать звонок

^